CHCl khử (M) 0 1 2 3 4 5
CAsV đầu (ppb) 50 50 50 50 50 50
CAsIII tìm thấy (ppb) 46,5 48,0 85,0 72,0
H (%) 93 96 170 144
ĐKTN: dd. khử: AsV 50 ppb; 1 mg Na2S2O4/10 mL dd. khử; đun 80 C, 20 phút; lấy 2 mL
dung dịch đã khử để phân tích AsIII; chế độ đo: DP-ASV; dd. phân tích: HCl 1 M; AA 0,5 mM; AuIII 50 µM; thể tích: 10 mL; Eclean-2 = +600 mV; tclean-2 = 5 s; các điều kiện khác nhƣ Bảng 3.21 và Bảng 3.22. “ ”: kết quả tìm thấy và tính tốn khơng ổn định và bất hợp lý.
Kết quả thí nghiệm cho thấy, nồng độ HCl có ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình khử AsV và xác định AsIII tạo thành. Trong khoảng nồng độ HCl 0 – 1 M, hiệu suất khử dao động ở khoảng 93 – 96%. Khi nồng độ HCl ở trong khoảng 2 5 M, kết quả xác định AsIII trở nên bất ổn định và không hợp lý. Ở các nồng độ HCl này, dithionit có thể đã bị phân hủy tạo ra các sản phẩm phụ gây ảnh hƣởng bất lợi, làm Ip của AsIII giảm mạnh sau các lần thêm chuẩn, nên nồng độ AsIII tính tốn đƣợc trên đồ thị đƣờng chuẩn của phƣơng pháp thêm chuẩn tăng lên
một cách bất hợp lý, làm giá trị H tính đƣợc cao hơn 100% nhiều.
Hình 3.34. Các đƣờng SV khi xác định AsIII tạo thành khi khử AsV ở các nồng độ HCl khác nhau: (A) 0 M; (B) 1 M; (C) 2 M; (D): 3 M; (E): 4 M; (F): 5 M.
ĐKTN: xác định AsIII bằng phƣơng pháp thêm chuẩn, mỗi lần thêm 5 ppb; các điều kiện khác nhƣ ở Bảng 3.46.
Dung dịch khử chứa HCl 1 M cho hiệu suất khử cao, đồng thời giữa Ip và CAsIII có tƣơng quan tuyến tính tốt (R = 0,9993). Do đó, nồng độ HCl trong dung dịch khử đƣợc chọn cho các thí nghiệm tiếp theo là CHCl khử = 1 M.
3.4.1.5. Sự có mặt của AsIII
Để đánh giá xem sự có mặt của AsIII trong dung dịch có ảnh hƣởng đến hiệu suất khử AsV hay khơng, thí nghiệm khử AsV trong các dung dịch có chứa AsIII với nồng độ tăng dần từ 25 đến 100 ppb đã đƣợc tiến hành. Sau khi thực hiện xong giai đoạn đun để khử AsV, lấy 1 2 mL (tùy theo tổng nồng độ AsIII sau khi khử) dung dịch đã khử để xác định AsIII. Nồng độ AsIII tìm thấy dùng để tính hiệu suất khử là hiệu của nồng độ xác định đƣợc trừ cho nồng độ AsIII có trong hỗn hợp ban đầu. Lặp lại thí nghiệm 3 lần với mỗi mức nồng độ AsIII. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trong Bảng 3.47.
Khu 10 mL As(V) HCl 0 M 1 mg dithionit, 80oC, 20 ph -0.20 -0.10 0 0.10 0.20 0.30 U (V) 1.00u 2.00u 3.00u 4.00u 5.00u 6.00u I (A ) As III Khu 10 mL As(V) HCl 1 M 1 mg dithionit, 80oC, 20 ph -0.20 -0.10 0 0.10 0.20 0.30 U (V) 1.00u 2.00u 3.00u 4.00u I (A ) As III Khu 10 mL As(V) HCl 2 M 1 mg dithionit, 80oC, 20 ph -0.20 -0.10 0 0.10 0.20 0.30 U (V) 1.00u 2.00u 3.00u I (A ) As III Khu 10 mL As(V) HCl 3 M 1 mg dithionit, 80oC, 20 ph -0.20 -0.10 0 0.10 0.20 0.30 U (V) 1.00u 2.00u 3.00u I (A ) As III Khu 10 mL As(V) HCl 4 M 1 mg dithionit, 80oC, 20 ph -0.20 -0.10 0 0.10 0.20 0.30 U (V) 1.00u 2.00u 3.00u 4.00u I (A ) As III Khu 10 mL As(V) HCl 5 M 1 mg dithionit, 80oC, 20 ph -0.20 -0.10 0 0.10 0.20 0.30 U (V) 1.00u 1.50u 2.00u 2.50u 3.00u 3.50u I (A ) As III (A) Khơng có HCl (B) HCl 1 M (C) HCl 2 M (D) HCl 3 M (E) HCl 4 M (F) HCl 5 M
Bảng 3.47. Hiệu suất khử AsV trong các hỗn hợp có chứa AsIII ở các nồng độ khác nhau.
CAsIII đầu (ppb) 0 25 50 75 100
CAsV đầu (ppb) 50 50 50 50 50
HTB S (%) 94,0 ± 3,0 96,3 ± 4,9 97,1 ± 3,7 104,3 ± 7,5 97,0 ± 5,6
ĐKTN: dd. khử: AsV 50 ppb; HCl 1 M; 1 mg Na2S2O4/10 mL dd. khử; đun 80 C, 20 phút;
lấy 1-2 mL dung dịch đã khử để phân tích AsIII; chế độ đo: DP-ASV; dd. phân tích: HCl 1 M; AA 0,5 mM; AuIII 50 µM; thể tích: 10 mL; Eclean-2 = +600 mV; tclean-2 = 5 s; các điều kiện khác nhƣ Bảng 3.21 và Bảng 3.22.
Dùng chuẩn t để so sánh các giá trị hiệu suất khử trung bình. Kết quả cho thấy, ở mức ý nghĩa P = 0,95, các giá trị H trung bình vừa xác định đƣợc khơng khác nhau có ý nghĩa thống kê. Nhƣ vậy, AsIII có mặt trong dung dịch ở nồng độ cao đến 100 ppb vẫn không làm ảnh hƣởng đến quá trình khử và xác định nồng độ dung dịch AsV 50 ppb. Kết quả này cho phép khẳng định: có thể phân tích riêng AsIII và AsV trong dung dịch hỗn hợp bằng phƣơng pháp DP-ASV dùng điện cực AuFE ex-in với chất khử dithionit.
3.4.2. Đánh giá phƣơng pháp khử AsV
3.4.2.1. Độ hồi phục của kết quả phân tích AsV sau khi khử bằng dithionit
Để đánh giá độ hồi phục của kết quả phân tích, chuẩn bị 5 dung dịch AsV 50 ppb, tiến hành khử nhƣ đã trình bày trong các thí nghiệm trên. Lấy 2 mL dung dịch sau khi đã khử xong, phân tích AsIII. Tính độ lệch chuẩn tƣơng đối của các kết quả phân tích và so với ½ RSDR để đánh giá độ hồi phục. RSDR đƣợc tính ở mức nồng độ 10 ppb, do chỉ lấy 2 mL dung dịch sau khi khử cho vào bình điện phân và pha lỗng đến thể tích cuối 10 mL.
Giá trị RSD của kết quả phân tích (7,1%) nhỏ hơn giá trị ½ RSDR (16%), nên có thể khẳng định kết quả phân tích lặp lại nồng độ AsIII tạo thành sau khi khử có độ hồi phục nằm trong phạm vi cho phép. Thành phần nền của dung dịch phân tích sau khi tiến hành phản ứng khử vẫn cho phép xác định đƣợc AsIII với độ hồi phục đạt mức cho phép.
Bảng 3.48. Kết quả phân tích lặp lại dung dịch AsV 50 ppb khi khử bằng dithionit.
Lần phân tích lặp lại 1 2 3 4 5
CAsIII tìm thấy (ppb) 9,5 10,1 9,5 9,7 11,2
RSD (%, n = 5) 7,1
½ RSDR (%) 16
ĐKTN: dd. khử: AsV 50 ppb; HCl 1 M; 1 mg Na2S2O4/10 mL dd. khử; đun 80 C, 20 phút;
lấy 2 mL dung dịch đã khử để phân tích AsIII; chế độ đo: DP-ASV; dd. phân tích: HCl 1 M; AA 0,5 mM; AuIII 50 µM; thể tích: 10 mL; Eclean-2 = +600 mV; tclean-2 = 5 s; các điều kiện khác nhƣ Bảng 3.21 và Bảng 3.22.
3.4.2.2. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng và độ nhạy
Khử dung dịch AsV 10 ppb bằng dithionit trong môi trƣờng HCl nhƣ đã nêu trên. Sau đó, lấy 2 mL dung dịch đã khử AsV, xác định AsIII tạo thành bằng phƣơng pháp thêm chuẩn (thêm chuẩn 3 lần, mỗi lần 2 ppb AsIII). Nếu hiệu suất khử là 100% thì nồng độ AsIII trong dung dịch phân tích là 2 ppb (lấy 2 mL pha thành 10 mL dung dịch phân tích). Trên cơ sở kết quả ghi Ip của AsIII tính GHPH theo quy tắc “3 ”, GHĐL và độ nhạy.
Bảng 3.49. Kết quả xác định GHPH, GHĐL và độ nhạy của phƣơng pháp phân
tích asen khi dùng dithionit để khử AsV.
CAsIII (ppb) 2 4 6 8 Ip (nA) 70,4 159,5 230,6 274,6 R 0,9892 GHPH (ppb) 1,4 GHĐL (ppb) 4,2 − 5,6 Độ nhạy (nA/ppb) 34,2
ĐKTN: dd. khử: AsV 10 ppb; HCl 1 M; 1 mg Na2S2O4/10 mL dd.; đun 80 C, 20 phút; lấy 2
mL dung dịch để phân tích AsIII; thêm chuẩn 3 lần mỗi lần 2ppb AsIII; chế độ đo: DP-ASV; dd. phân tích: HCl 1 M; AA 0,5 mM; AuIII 50 µM; thể tích: 10 mL; Eclean-2 = +600 mV; tclean-2 = 5 s; các điều kiện khác nhƣ Bảng 3.21 và Bảng 3.22.
So với trƣờng hợp phân tích AsIII (mục 3.2.3.2), khi có thực hiện q trình khử AsV, độ nhạy của kết quả ghi Ip giảm mạnh (từ 109,1 giảm còn 34,2 nA/ppb); GHPH tăng (từ 0,4 thành 1,4 ppb). Hiện tƣợng suy giảm độ nhạy này
cũng phù hợp với kết quả đã công bố của nhiều tác giả khác khi sử dụng các chất khử khác nhau để phân tích AsV [42,[92,[108,[126]. Mặc dù khi dùng dithionit để khử AsV, độ nhạy của phép phân tích có giảm, nhƣng với GHPH và GHĐL nhƣ trên, hồn tồn có thể áp dụng phƣơng pháp phân tích này để kiểm tra tình trạng ơ nhiễm asen trong các mẫu nƣớc tự nhiên (nồng độ tối đa cho phép của asen trong nƣớc uống và nƣớc sinh hoạt đã đƣợc quy định là 10 ppb).
3.4.2.3. Khoảng tuyến tính
Để kiểm tra quan hệ tuyến tính giữa Ip và CAsIII trong dung dịch sau khi tiến hành khử bằng dithionit, không thể sử dụng các dung dịch chuẩn AsV pha sẵn để thực hiện thí nghiệm đƣợc, do hiệu suất khử khơng phải là 100% và luôn biến động ngẫu nhiên; nên kết quả khảo sát quan hệ tuyến tính sẽ bị sai lệch.
Thí nghiệm khảo sát khoảng tuyến tính trong điều kiện có thực hiện phản ứng khử AsV bằng dithionit đƣợc thực hiện nhƣ sau: chuẩn bị các phần dung dịch thể tích 10 mL chứa AsIII với nồng độ tăng dần từ 5 đến 150 ppb, nồng độ HCl và Na2S2O4 không đổi và lần lƣợt là 1 M và 1 mg/10 mL. Đun các dung dịch này nhƣ khi tiến hành khử AsV (80 C, 20 phút), sau đó lấy 2 mL để xác định asen. Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trong Bảng 3.50.
Bảng 3.50. Kết quả xác định Ip ở các nồng độ AsIII khác nhau trong nền của dung dịch dùng để khử AsV bằng Na2S2O4.
CAsIII (ppb) 5 10 20 30 40 50 60 70
Ip (nA) 162 302 671 1019 1395 1834 2348 2892
CAsIII (ppb) 80 90 100 110 120 130 140 150
Ip (nA) 3467 4024 4615 5149 5572 5904 6073 6259
ĐKTN: nền dd. khử: HCl 1 M; 1 mg Na2S2O4/10 mL dd.; đun 80 C, 20 phút; lấy 2 mL
dung dịch đã đun để phân tích AsIII; chế độ đo: DP-ASV; dd. phân tích: HCl 1 M; AA 0,5 mM; AuIII 50 µM; thể tích: 10 mL; Eclean-2 = +600 mV; tclean-2 = 5 s; các điều kiện khác nhƣ Bảng 3.21 và Bảng 3.22.
Trong khoảng nồng độ của AsIII từ 5 đến 120 ppb, Ip có quan hệ tuyến tính với CAsIII. Phƣơng trình hồi quy tuyến tính (3.14):
Ip = (-355,6 92,2) + (48,5 1,3).CAsIII (R = 0,9961) (3.14)
Hình 3.35. Đƣờng hồi quy tuyến tính và các đƣờng SV khi khảo sát khoảng
tuyến tính trong nền của dung dịch dùng để khử AsV bằng Na2S2O4.
ĐKTN: nhƣ ở Bảng 3.50.
3.5. ÁP DỤNG THỰC TẾ VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH
Để trả lời câu hỏi liệu có thể áp dụng phƣơng pháp phân tích đã nghiên cứu để phân tích lƣợng vết của asen trong các mẫu nƣớc tự nhiên đƣợc hay không, chúng tôi đã tiến hành các thí nghiệm để kiểm chứng độ đúng (thơng qua việc phân tích mẫu chuẩn CRM), so sánh kết quả phân tích bằng phƣơng pháp DP-ASV/AuFE ex-in với kết quả phân tích bằng phƣơng pháp HG-AAS (đƣợc
xem là phƣơng pháp chuẩn) và cuối cùng là áp dụng để phân tích một số mẫu nƣớc tự nhiên. Trên cơ sở các thí nghiệm đã nêu, đề xuất quy trình phân tích asen vơ cơ trong mơi trƣờng nƣớc bằng phƣơng pháp DP-ASV/AuFE ex-in.
Khi xây dựng quy trình phân tích, chúng tơi khơng tập trung phân tích dạng asen hữu cơ trong nƣớc, do thơng thƣờng dạng này ít tồn tại hoặc chỉ có mặt trong nƣớc với nồng độ rất nhỏ và do có độc tính thấp nên khơng phải là đối tƣợng quan tâm của các nghiên cứu quan trắc chất lƣợng nƣớc nói chung [31,[54,[81,[95]. Có lẽ cũng vì lý do này, nên cho đến nay hầu nhƣ khơng có cơng trình nghiên cứu nào tập trung nghiên cứu xác định riêng các dạng asen hữu cơ trong nƣớc bằng phƣơng pháp von-ampe [81].
3.5.1. Kiểm sốt chất lƣợng quy trình phân tích qua phân tích mẫu chuẩn
Nhằm khẳng định khả năng ứng dụng thực tế của phƣơng pháp DP-ASV để phân tích lƣợng vết asen bằng điện cực AuFE ex-in, cần kiểm soát chất lƣợng
Ip= -355,6 + 48,5.CAs R = 0.9961 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Ip ( n A ) CAsIII (ppb)
Khoang tuyen tinh trong nen dithionit
1mg dithionit, HCl 1M, 80oC, 20' -0.20 -0.10 0 0.10 0.20 0.30 U (V) 2.00u 4.00u 6.00u 8.00u 10.0u I ( A) AsIII
quy trình phân tích qua đánh giá độ đúng và độ lặp lại khi phân tích mẫu chuẩn. Mẫu chuẩn nƣớc biển ven bờ ký hiệu CASS-4 của Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Canada cấp chứng chỉ (National Research Council of Canada) đƣợc sử dụng để kiểm tra độ đúng và độ lặp lại của quy trình phân tích. Chứng chỉ của mẫu CASS-4 đƣợc nêu ở Phụ lục P5.
Thơng thƣờng, để phân tích asen trong các mẫu nƣớc tự nhiên, nƣớc uống, do dạng tồn tại chủ yếu của asen trong mẫu là asen vô cơ tan, nên không cần phải tiến hành phân hủy mẫu [31]; để hạn chế ảnh hƣởng của chất hữu cơ có thể dùng biện pháp phân hủy mẫu bằng bức xạ UV [31,[127]. Do nồng độ của asen trong mẫu chuẩn CASS-4 khá bé và chỉ đƣợc cung cấp ở dạng asen tổng, vì vậy để tránh sai sót do ảnh hƣởng của chất hữu cơ, đồng thời đảm bảo toàn bộ asen đƣợc oxi hóa hết thành AsV để phân tích, mẫu chuẩn đƣợc phân hủy trƣớc bằng bức xạ UV. Chuẩn bị mẫu chuẩn theo các bƣớc sau:
Phân hủy mẫu bằng bức xạ UV: lấy 10 mL mẫu vào cuvet bằng thạch anh có nắp đậy, thêm 30 L H2O2 30% w/w, đậy nắp cuvet và tiến hành phân hủy bằng UV 600 W ở 90 C trong 90 phút. Sau khi phân hủy xong, tất cả các dạng asen trong mẫu sẽ đƣợc chuyển hết thành AsV (dạng vô cơ) [92,[127].
Lấy 9,0 mL mẫu đã phân hủy bằng UV, thêm HCl và nƣớc cất để thể tích cuối là 10,0 mL và nồng độ HCl là 1 M, thêm tiếp 1 mg dithionit, đậy nắp và lắc mạnh. Tiến hành khử AsV trong mẫu bằng dithionit theo quy trình khử đã thực hiện trong mục 3.4. Sau khi khử xong, chuyển tồn bộ 10 mL mẫu vào bình điện phân để phân tích AsIII bằng phƣơng pháp DP-ASV/AuFE ex-in.
Để phân tích đƣợc nồng độ asen thấp của mẫu chuẩn, có thể dùng biện pháp cô đặc mẫu hoặc tăng thời gian điện phân làm giàu. Do mẫu chuẩn là nƣớc biển có nồng độ chất tan rất cao, nên khơng thể cơ đặc vì sẽ làm kết tinh muối, ngoài ra nồng độ chất nền cao sau khi cơ sẽ gây nhiều khó khăn cho việc phân tích asen. Vì vậy, thời gian điện phân làm giàu đã đƣợc tăng đến 360 s, thay vì 90 s, nhƣ ở các thí nghiệm khảo sát đã trình bày trƣớc đây.
Mẫu trắng đƣợc chuẩn bị từ nƣớc cất theo các bƣớc xử lý nhƣ trên. Phân tích mẫu chuẩn lặp lại 3 lần trong cùng điều kiện. Nồng độ của asen trong mẫu chuẩn đƣợc tính bằng cơng thức (3.15):
(3.15) trong đó: CAs: nồng độ asen của mẫu chuẩn CASS-4 (µg/L hoặc ppb); CAsIII tìm
thấy: nồng độ AsIII của dung dịch phân tích đƣợc bằng phƣơng pháp DP-ASV
(µg/L hoặc ppb); 10 và 9 là các hệ số chuyển đổi do pha loãng.